开放式数控系统的发展及性能研究

孙若承

（福建省计量科学研究院闽南工作部 361000）

数控系统可以有效融合自动化技术、微电子技术以及计算机技术，因此被广泛应用于多种控制系统中。数控系统具备自动化集成化和智能化特点，可以有效促进生产。为了满足市场发展需求，工业领域开始研发出开放式数控系统，在该系统中，计算机数字控制装置和伺服系统起到关键作用，计算机数控装置也被称为运动控制单元，数控系统的精度和性能会受到运动控制单元的影响。

1 开放式数控系统的发展

1.1 模块化和集成化

在电子技术快速发展过程中，开放式数控系统可以实现集成化与模块化统一。通常而言，模块化可以确保不同功能零件的相互独立性，可以将不同功能划分为小模块，若干小模块之间具备通信能力，并具有相互独立特点。集成化主要是模块集成在一起，共同提供相关服务。从某种程度上讲，集成化和模块化属于互斥方向，然而在开放式数控系统中，可以有效统一模块化与集成化特点，确保数控系统可以更好地应用在生产过程中。

1.2 基于软芯片的数控系统

基于软芯片的数控系统，主要是具备封装数控系统功能，人们不能明确内部逻辑关系。数控系统内部可提供外界使用接口，该类接口可以满足数控系统的需求。外部采用独立模块和预设接口协议，可以有效访问数控系统，使数控系统能够更好的开展操作，完成各项功能。开放式数控系统的优势在于分离控制逻辑和实现逻辑，如果控制逻辑和实现逻辑发生变更时，只需要将部分细节进行修改即可，不需要修改全部逻辑，以此确保控制逻辑与实现逻辑的独立性。

1.3 基于现场总线技术的数控系统

相比于软芯片数控系统来说，此种数控系统，可以将并行信号转化为串行信号，可以在传输介质中实现实时传递，动态化控制开放式数控系统。按照相关定义能够看出，此种开放式数控系统具备较高的实时性，可以有效连接到计算机中，形成基于计算机控制的数控系统。这种开放式数控系统需要应用到总线，由于总线成本高，因此在具体生产中会增加生产成本。

1.4 软件与硬件的开放性特点

对于开放式数控系统来说，开放性属于重要特点。开放性特点能够确保软件与硬件访问数控系统。对于软件开放性来说，数控系统可封装为统一接口，在外不通过软件控制功能。用户可按照自身需求编写软件，从而控制数控系统，确保其满足生产要求。对于软件开放性特来说，其主要是将计算机控制软件、图形软件以及显示软件嵌入到主板中，以此结合计算机技术与数控系统，同时将计算机技术作为系统的基础化技术。

2 开放式数控系统的性能分析

2.1 系统结构与优势

开放式数控系统属于数控技术的发展方向，是控制技术、信息技术和计算机硬件技术快速发展的产物。开放式数控技术的适应性比较强，可以实现灵活配置，对于设备的适应度比较高。系统控制软件具备连接、扩展功能，能够满足新技术要求。不同类别的数控系统，均能够满足计算机技术、信息技术的应用要求，同时可维护用户投资、简化操作、加大维护力度。系统应用期间，能够按照标准化体系，确保各魔铠的相互兼容，以此提升不见的互换性和操作性。

现阶段，生产所应用的开放式数控系统主要包括专用数控联合PC 前端的复合结构、通用PC 联合实时控制的递阶式结构。通过数控系统上的PC 环境建立人机界面。通过软件进行现代化控制。开放式平台可以结合多种软件，满足联网需求。设备层的可靠性和标准性均比较高，能够满足用户的自我需求。

开放式数控系统的性能分析

2.2 基于控制器平台的开放结构

系统跨平台性能，利用开放结构的控制器软件，能够实现跨平台运行。对于可重构性能来说，用户能够根据自身设备特点和时间需求，对软件拓扑结构进行优化改进，同时建立数控系统。对于兼容性能来说，在实际应用时不会受到平台硬件影响，用户能够根据自身需求，选择适宜的控制器。利用控制器平台确保操作系统安全稳定运行。

2.3 标准化与模块化的硬件结构

模块化结构需要获得标准总线支持，多倍建立在模块化设计拓扑结构上。数控系统可以在多种标准化总线上稳定运行。对于伺服层数字通信来说，总线平台与机床驱动能够支撑多种数字通讯接口与协议，有效控制伺服轴、主轴与输入输出接口。总线和伺服系统之间具备可靠通信，可以传输大容量信息，并且在同一平台上，可以有效控制多种不同类型设备，还能够进行多轴数控机床控制。

2.4 人机交互功能

系统具备良好的人机界面，借助于计算机的统一界面，优化界面、加强图形仿真功能、增添零件加工信息输入功能。同时能够模拟程序加工过程，根据标准比例显示出刀具与工件的关系。

2.5 插补功能

在该系统中具备多通道功能，不同通道均可制定零件程序，全面提升系统运行效率。对于系统功能来说，采用过数学方法描述出曲面与曲线，确保曲线加工的精确度。对于高精度和高速插补来说，将误差补偿技术应用到数控系统中，可以明显减少工件加工误差，提升工件精度。

2.6 网络功能

提升内部环境的网络化水平，对整个制造过程进行高度集成，同时实现制造环境与企业网络化，优化集成设备维护、管理信息、工业设计。机床操作人员通过网络查询技术与帮助功能，可以促进资源的网络化，实现资源共享。

3 开放式数控系统的未来发展

3.1 智能化发展

现阶段，开放式数控系统可以实现控制逻辑与实现逻辑的分离，实现逻辑能够满足生产需求，然而控制逻辑的发展空间比较大，因此开放式数控系统会朝着智能化方向发展，主要表现在以下方面：首先，控制逻辑智能化。控制逻辑能够按照人们输出的指令实时控制实现逻辑，在特殊情况下能够实现自动化控制，按照系统运行状态和环境参数，可实现最优选择。其次，神经网络技术的优化结合。神经网络技术能够对人类大脑思维方式进行模拟，自适应能力和学习能力均比较强。因此在未来发展中开放式数控结构能够紧密结合神经网络技术，实现智能化控制。

3.2 网络化发展

在目前所应用的开放式数控系统中，实现逻辑和控制逻辑无法突破地域限制，相应影响了开放式数控系统的发展。在未来发展中，开放式数控系统会朝着网络化方向发展，主要表现在以下方面：第一，内部网络化。通过网络连接实现逻辑与控制逻辑，采用互联网协议有效控制实现逻辑，确保开放式数控系统通信标准的大众化。第二，外部网络控制。分离实现逻辑和控制逻辑，并且将实践逻辑放在同一地点，用户可通过网络使用控制逻辑远程控制实现逻辑部分，以此突破地域限制，提升生产安全性和生产效率。

4 结束语

综上所述，在现代制造业发展过程中，生产工艺开始朝着小批量和多品种方向发展，并且出现高效高精度的加工需求。企业为了实现远程诊断与异地制造的联网功能，必须推广应用开放式数控结构，以此实现重智能化控制，从根本上推动数控系统的发展。